Vyplňte nasledujúci formulár a my vám pošleme e -mailom verziu PDF „Vylepšenia nových technológií na premenu oxidu uhličitého na kvapalné palivo“
Oxid uhličitý (CO2) je produktom spaľovacích fosílnych palív a najbežnejších skleníkových plynov, ktoré je možné udržateľným spôsobom previesť späť na užitočné palivá. Jedným z sľubných spôsobov, ako premeniť emisie CO2 na palivovú surovinu, je proces nazývaný elektrochemická redukcia. Aby však bol komerčne životaschopný, je potrebné tento proces vylepšiť na výber alebo výrobu požadovaných výrobkov bohatých na uhlík. Teraz, ako sa uvádza v časopise Nature Energy, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) vyvinula novú metódu na zlepšenie povrchu katalyzátora medi používaného na pomocnú reakciu, čím sa zvýšila selektivita procesu.
„Aj keď vieme, že meď je najlepším katalyzátorom tejto reakcie, neposkytuje vysokú selektivitu pre požadovaný produkt,“ povedal Alexis, vedecký pracovník na Katedre chemických vied v Berkeley Lab a profesor chemického inžinierstva na Kalifornskej univerzite v Berkeley. Spell povedal. „Náš tím zistil, že na poskytnutie tohto druhu selektivity môžete použiť miestne prostredie katalyzátora.“
V predchádzajúcich štúdiách vedci stanovili presné podmienky, aby poskytovali najlepšie elektrické a chemické prostredie na vytváranie výrobkov bohatých na uhlík s komerčnou hodnotou. Tieto podmienky sú však v rozpore s podmienkami, ktoré sa prirodzene vyskytujú v typických palivových článkoch pomocou vodivých materiálov na báze vody.
S cieľom určiť dizajn, ktorý sa môže použiť v prostredí vodnej vody z palivových článkov, ako súčasť projektu Energy Innovation Center projektu Liquid Sunshine Alliance ministerstva energetiky, Bell a jeho tím sa obrátili na tenkú vrstvu ionoméru, ktorá umožňuje prechádzať určité nabité molekuly (ióny). Vylúčiť ďalšie ióny. Vďaka svojim vysoko selektívnym chemickým vlastnostiam sú obzvlášť vhodné na to, aby mali silný vplyv na mikroprostredie.
Chanyeon Kim, postdoktorandský výskumný pracovník v skupine Bell a prvý autor papiera, navrhnutý na pokrytie povrchu medených katalyzátorov dvoma bežnými ionomérmi, NAFION a SUPPERION. Tím predpokladal, že to by malo zmeniť prostredie v blízkosti katalyzátora-vrátane pH a množstva vody a oxidu uhličitého-nejakým spôsobom nasmerovať reakciu na výrobu produktov bohatých na uhlík, ktoré sa dajú ľahko previesť na užitočné chemikálie. Výrobky a tekuté palivá.
Vedci aplikovali tenkú vrstvu každého ionoméru a dvojitú vrstvu dvoch ionomérov na medený film podporovaný polymérnym materiálom na vytvorenie filmu, ktorý by mohli vložiť blízko jedného konca ručne v tvare elektrochemickej bunky. Pri injekcii oxidu uhličitého do batérie a nanášaní napätia merali celkový prúd prúdiaci batériou. Potom merali plyn a kvapalinu zozbieranú v susednej nádrži počas reakcie. V prípade dvojvrstvového prípadu zistili, že výrobky bohaté na uhlík predstavovali 80% energie spotrebovanej reakciou-v nepotiahnutom prípade je vyššia ako 60%.
"Tento sendvičový povlak poskytuje to najlepšie z oboch svetov: vysoká selektivita produktu a vysoká aktivita," uviedol Bell. Dvojvrstvový povrch nie je vhodný iba pre výrobky bohaté na uhlík, ale súčasne vytvára silný prúd, čo naznačuje zvýšenie aktivity.
Vedci dospeli k záveru, že zlepšená odpoveď bola výsledkom vysokej koncentrácie CO2 akumulovanej v povlaku priamo na vrchole medi. Okrem toho, negatívne nabité molekuly, ktoré sa akumulujú v oblasti medzi týmito dvoma iónmi, spôsobia nižšiu lokálnu kyslosť. Táto kombinácia potvrdzuje kompromisy koncentrácie, ktoré sa vyskytujú v neprítomnosti ionomérových filmov.
Aby sa ďalej zlepšila efektívnosť reakcie, vedci sa obrátili na predtým osvedčenú technológiu, ktorá nevyžaduje ionomérový film ako inú metódu na zvýšenie CO2 a pH: pulzného napätia. Aplikáciou impulzného napätia na dvojvrstvový ionomérový povlak dosiahol vedci zvýšenie produktov bohatých na uhlík v porovnaní s nepotiahnutým meďou a statickým napätím.
Aj keď niektorí vedci zameriavajú svoju prácu na vývoj nových katalyzátorov, objav katalyzátora nezohľadňuje prevádzkové podmienky. Riadenie prostredia na povrchu katalyzátora je nová a iná metóda.
„Neprišli sme s úplne novým katalyzátorom, ale využili sme naše chápanie reakčnej kinetiky a použili sme tieto znalosti, aby nás usmernili pri premýšľaní o tom, ako zmeniť prostredie lokality katalyzátora,“ povedal Adam Weber, senior inžinier. Vedci v oblasti energetických technológií v Berkeley Laboratories a spoluautor novín.
Ďalším krokom je rozšírenie výroby potiahnutých katalyzátorov. Predbežné experimenty tímu Berkeley Lab tímu sa týkali malých systémov plochých modelov, ktoré boli omnoho jednoduchšie ako pórovité štruktúry veľkých oblastí potrebné pre komerčné aplikácie. "Nie je ťažké aplikovať povlak na rovný povrch. Obchodné metódy však môžu zahŕňať poťahovanie malých medených guličiek," uviedol Bell. Pridanie druhej vrstvy povlaku sa stáva náročným. Jednou z možností je zmiešať a uložiť dva nátery spolu do rozpúšťadla a dúfať, že sa oddeľujú, keď sa rozpúšťadlo odparuje. Čo ak nie? Bell dospel k záveru: „Musíme byť múdrejší.“ Pozri Kim C, Bui JC, Luo X a ďalších. Prispôsobené mikroprostredie katalyzátora na elektro-redukciu CO2 na viac uhlíkové produkty s použitím dvojvrstvového ionomérového povlaku na meďi. Nat Energy. 2021; 6 (11): 1026-1034. doi: 10,1038/s41560-021-00920-8
Tento článok je reprodukovaný z nasledujúceho materiálu. Poznámka: Materiál mohol byť upravený pre dĺžku a obsah. Pre viac informácií kontaktujte citovaný zdroj.
Čas príspevku: november 22-2021
